RU2007851C1 - Class d amplifier on tetrode - Google Patents
Class d amplifier on tetrode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2007851C1 RU2007851C1 SU4953737A RU2007851C1 RU 2007851 C1 RU2007851 C1 RU 2007851C1 SU 4953737 A SU4953737 A SU 4953737A RU 2007851 C1 RU2007851 C1 RU 2007851C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- tetrode
- amplifier
- input
- output
- voltage
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Amplifiers (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится у радиотехнике и может использоваться в мощных радиопередатчиках в качестве модулятора. The invention relates to radio engineering and can be used in high-power radio transmitters as a modulator.
Использование ключевых усилителей с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) в качестве модуляторов позволяет повысить КПД передатчиков, отказаться от использования громоздких модуляционных трансформаторов, а также усиливать огибающую амплитуд однополосного сигнала в высокоэффективных радиопередатчиках с однополосной модуляцией. При этом в качестве ключевых элементов в большинстве практических схем мощных ШИМ модуляторов используются тетроды. The use of key amplifiers with pulse width modulation (PWM) as modulators allows to increase the efficiency of transmitters, to abandon the use of bulky modulation transformers, and also to amplify the envelope of amplitudes of a single-band signal in high-performance radio transmitters with single-band modulation. At the same time, tetrodes are used as key elements in most practical schemes of powerful PWM modulators.
Из известных ключевых модуляторов наиболее близким по своей технической сущности является однотактный ШИМ усилитель, где в качестве ключевого элемента используется тетрод, на управляющую сетку которого подают ШИМ сигнал, т. е. прямоугольные импульсы, длительность которых изменяется в соответствии с мгновенным значением модулирующего напряжения. Усиленное ШИМ напряжение с анода тетрода через фильтр низкой частоты, восстанавливающий модулирующий сигнал, поступает в нагрузку, роль которой играет оконечный каскад радиопередатчика. Of the known key modulators, the closest in their technical essence is a single-cycle PWM amplifier, where a tetrode is used as a key element, on the control grid of which a PWM signal is supplied, i.e., rectangular pulses whose duration varies in accordance with the instantaneous value of the modulating voltage. The amplified PWM voltage from the tetrode anode through a low-frequency filter, which restores the modulating signal, enters the load, the role of which is played by the terminal stage of the radio transmitter.
Тетроды требуют для возбуждения меньшей мощности в цепи управляющей сетки, чем триоды, но при использовании тетродов возникает необходимость так выбирать режим работы лампы, чтобы мощность потерь на экранирующей сетке не превосходила допустимый уровень. Особенно это существенно при использовании тетрода в ключевом режиме, когда значительную часть периода частоты коммутации тетрод находится в насыщении. При этом величина остаточного напряжения на аноде мала, следовательно, резко возрастает ток экранирующей сетки и величина мощности, рассеиваемой на ней. Tetrodes require less power in the circuit of the control grid to excite than triodes, but when using tetrodes, it becomes necessary to choose the lamp operating mode so that the loss power on the screen grid does not exceed the permissible level. This is especially significant when using the tetrode in the key mode, when a significant part of the period of the switching frequency of the tetrode is in saturation. In this case, the value of the residual voltage at the anode is small, therefore, the current of the screening grid and the amount of power dissipated on it sharply increase.
Значительные потери мощности на экранирующей сетке тетрода являются недостатком прототипа, который снижает срок службы ламп, а также ограничивает выходную мощность ШИМ-усилителя. Известные меры по ограничению тока экранирующей сетки с помощью дросселя практически не уменьшают величину мощности, рассеиваемой на экранирующей сетке тетрода однотактного ШИМ-модулятора радиопередатчика в режиме молчания, когда скважность импульсов равна 2, а напряжение на выходе модулятора равно половине максимального значения, в то время как расчеты с использованием нелинейной математической модели тетрода показывают, что именно в таком режиме средняя мощность потерь в цепи экранирующей сетки близка к максимальной. Significant power losses on the tetrode shielding grid are a disadvantage of the prototype, which reduces the lamp life and also limits the output power of the PWM amplifier. Known measures to limit the current of the screening grid using a choke practically do not reduce the amount of power dissipated on the screening grid of the tetrode of a single-cycle PWM modulator of the radio transmitter in silent mode, when the duty cycle of the pulses is 2 and the voltage at the output of the modulator is half the maximum value, while Calculations using the nonlinear mathematical model of the tetrode show that it is in this mode that the average power loss in the circuit of the screening grid is close to the maximum.
Цель изобретения - снижение мощности, рассеиваемой в цепи экранирующей сетки тетрода. The purpose of the invention is to reduce the power dissipated in the circuit of the tetrode screening grid.
Это достигается тем, что в усилителе с ШИМ на тетроде, содержащем формирователь сигнала с ШИМ, выход которого подключен к управляющей сетке тетрода, источник экранного напряжения, отрицательная шина которого заземлена, катод тетрода также заземлен, анод тетрода соединен с анодом диода, катод которого подключен к положительной шине источника анодного питания, отрицательная шина этого источника заземлена, первые отводы нагрузки усилителя и конденсатора фильтра низкой частоты соединены с положительной шиной источника анодного питания, их вторые отводы соединены вместе и через катушку индуктивности фильтра подключены к аноду тетрода, положительная шина источника экранного напряжения подключена к шине питания катодного повторителя, выход которого соединен с экранирующей сеткой тетрода, вход формирователя сигнала с ШИМ, являющийся входом для усиливаемого сигнала, подключен к первому входу сумматора, к второму входу которого подключен источник постоянного смещения, а выход сумматора через усилитель постоянного тока соединен с входом катодного повторителя. This is achieved by the fact that in an amplifier with a PWM on a tetrode containing a signal generator with a PWM, the output of which is connected to the control grid of the tetrode, a screen voltage source whose negative bus is grounded, the cathode of the tetrode is also grounded, the anode of the tetrode is connected to the anode of the diode, the cathode of which is connected to the positive bus of the anode power source, the negative bus of this source is grounded, the first load taps of the amplifier and the low-pass filter capacitor are connected to the positive bus of the anode power source, their the second taps are connected together and connected to the tetrode anode through the filter inductor, the positive bus of the screen voltage source is connected to the cathode follower power supply bus, the output of which is connected to the tetrode shielding network, the input of the signal generator with PWM, which is the input for the amplified signal, is connected to the first input the adder, to the second input of which a constant bias source is connected, and the output of the adder through a DC amplifier is connected to the input of the cathode follower.
Введение новых признаков влечет за собой новые свойства усилителя, которые заключаются в том, что напряжение на экранирующей сетке тетрода lс2 плавно изменяется по линейному закону в соответствии с величиной аналогового сигнала на входе усилителя Uвх. При этом максимальное значение напряжения на экранирующей сетке Ес2макс примерно равно напряжению на выходе источника экранного напряжения, а величина начального смещения регулировочной характеристики Е1 задается путем соответствующего выбора величины коэффициента усиления К усилителя постоянного тока, имеющего нулевой начальный ток, и выходного напряжения источника смещения Е1 l
K= E= , (1) где Uвх макс - максимальное значение усиливаемого однополярного сигнала Uвх.The introduction of new features entails new properties of the amplifier, which consist in the fact that the voltage on the screening grid of the tetrode l c2 smoothly varies according to a linear law in accordance with the value of the analog signal at the input of the amplifier U in . In this case, the maximum value of the voltage on the shielding grid E s2max is approximately equal to the voltage at the output of the screen voltage source, and the initial bias of the adjustment characteristic E 1 is set by appropriate selection of the gain factor K of the DC amplifier having zero initial current and the output voltage of the bias source E 1 l
K = E = , (1) where U in max is the maximum value of the amplified unipolar signal U in .
Максимальное значение напряжения на экранирующей сетке Ес2 макс выбирается исходя из возможности обеспечения достаточно высокого КПД модулятора в пиковой точке модуляции (при Uвх = Uвх макс). Увеличение напряжения на экранирующей сетке лампы ключевого усилителя приводит к уменьшению остаточного напряжения на аноде, следовательно, к увеличению КПД анодной цепи модулятора (должно также соблюдаться условие Ес2 макс < Ес2 доп, где Ес2 доп - допустимое значение напряжения на экранирующей сетке).The maximum value of the voltage on the screening grid E c2 max is selected based on the possibility of ensuring a sufficiently high modulator efficiency at the peak modulation point (with U in = U in max ). An increase in the voltage on the shielding grid of the lamp of the key amplifier leads to a decrease in the residual voltage at the anode, therefore, an increase in the efficiency of the anode circuit of the modulator (the condition E c2 max <E c2 dop , where E c2 dop is the permissible voltage value on the shielding grid must also be observed).
Расчеты показывают, что при использовании современных мощных тетродов величина начального смещения Е1 может быть выбрана близкой к нулю, что практически мало сказывается на форме статической характеристики ШИМ-усилителя, представляющей собой зависимость постоянного напряжения на нагрузке от величины постоянного напряжения на входе, следовательно, уровень нелинейных искажений выходного сигнала также не меняется. При этом средний ток и потери в цепи экранирующей сетки по сравнению со случаем нерегулируемого экранного напряжения lc2 = Ес2 макс (т. е. по сравнению с прототипом) в режиме молчания снижаются примерно вдвое, причем лишь половина указанной мощности рассеивается на экранирующей сетке тетрода (остальная часть рассеивается в катодном повторителе), т. е. мощность, рассеиваемая на экранирующей сетке, снижается примерно в 4 раза по сравнению с прототипом.Calculations show that when using modern powerful tetrodes, the initial bias value E 1 can be chosen close to zero, which has almost no effect on the shape of the static characteristic of a PWM amplifier, which is the dependence of the DC voltage at the load on the value of the DC input voltage, therefore, the level non-linear distortion of the output signal also does not change. In this case, the average current and losses in the circuit of the shielding grid as compared with the case of unregulated screen voltage l c2 = E s2 max (i.e., compared to the prototype) in the silent mode are reduced by about half, and only half of the indicated power is dissipated on the shielding grid of the tetrode (the rest is dissipated in the cathode repeater), i.e., the power dissipated on the shielding grid is reduced by about 4 times compared with the prototype.
На фиг. 1 приведена зависимость напряжения на экранирующей сетке тетрода от величины напряжения на входе усилителя; на фиг. 2 - функциональная схема предлагаемого ШИМ-усилителя. In FIG. 1 shows the dependence of the voltage on the screening grid of the tetrode on the voltage at the input of the amplifier; in FIG. 2 is a functional diagram of the proposed PWM amplifier.
Функциональная схема включает в себя формирователь 1 ШИМ сигнала, тетрод 2, источник 3 экранного напряжения, диод 4, нагрузку усилителя 5, конденсатор 6 фильтра низкой частоты, источник 7 анодного питания, катушку 8 индуктивности фильтра, катодный повторитель 9, сумматор 10, источник напряжения 11 смещения и усилитель 12 постоянного тока. The functional circuit includes a
При этом выход формирователя 1 подключен к управляющей сетке тетрода 2, отрицательная шина источника 3 заземлена, катод тетрода 2 также заземлен, анод тетрода соединен с анодом диода 4, катод которого подключен к положительной шине источника 7, отрицательная шина этого источника заземлена, первые отводы нагрузки усилителя 5 и конденсатора 6 фильтра низкой частоты соединены с положительной шиной источника 7, а их вторые отводы соединены вместе и через катушку 8 индуктивности фильтра подключены к аноду тетрода 2, положительная шина источника 3 подключена к шине питания катодного повторителя 9, выход которого соединен с экранирующей сеткой тетрода 2, вход формирователя 1, являющийся входом для усиливаемого сигнала, подключен к первому входу сумматора 10, к второму входу которого подключен источник 11 напряжения смещения, а выход сумматора 10 через усилитель 12 соединен с входом катодного повторителя 9. The output of the former 1 is connected to the control grid of the
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Модулирующий сигнал Uвх поступает на вход формирователя 1 ШИМ сигнала, который формирует на управляющей сетке тетрода 2 импульсы напряжения, длительность которых пропорциональна величине модулирующего сигнала. Соответственно напряжение на аноде тетрода 2 также имеет форму ШИМ импульсов. Изменяющаяся в соответствии с модулирующим сигналом составляющая этого напряжения выделяется фильтром низкой частоты, состоящим из катушки 8 индуктивности и конденсатора 6, и поступает в нагрузку усилителя 5. Роль нагрузки играет оконечный каскад радиопередатчика, в котором производится анодная модуляция. Питание анодной цепи тетрода 2 производится от источника 7 напряжения. Диод 4 замыкает ток катушки 8 индуктивности в моменты времени, когда тетрод 2 заперт.The modulating signal U in goes to the input of the
Входной сигнал модулятора Uвх подается также на один из входов сумматора 10, где суммируется с выходным напряжением источника 11 смещения, а суммарный сигнал усиливается до требуемой величины усилителем 12 постоянного тока (величины коэффициента усиления К усилителя 12 и напряжения источника смещения Е1 l определяются формулами) и через катодный повторитель 9, питающийся от источника 3 экранного напряжения, подается на экранирующую сетку тетрода 2.The input signal of the modulator U Ix is also fed to one of the inputs of the
Максимальное напряжение на экранирующей сетке мощных тетродов находится в пределах 1-2 кВ, а мощность, рассеиваемая на экранирующей сетке, - порядка единиц кВт, поэтому в катодном повторителе может использоваться относительно маломощная лампа. The maximum voltage on the shielding grid of high-power tetrodes is in the range of 1-2 kV, and the power dissipated on the shielding grid is on the order of units of kW, therefore a relatively low-power lamp can be used in the cathode repeater.
Технико-экономическая эффективность изобретения определяется тем, что благодаря ему удается по сравнению с прототипом в несколько раз снизить величину мощности, рассеиваемой на экранирующей сетке тетрода, используемого в качестве ключевого элемента, следовательно, либо увеличить срок службы тетрода, либо существенно повысить выходную мощность радиопередатчиков с высокоэкономичными ШИМ модуляторами. (56) Зарубежные радиопередающие устройства. / Под ред. Г. А. Зейтленка и А. Е. Рыжкова. М. : Радио и связь, 1989, с. 26, рис. 2.12. The technical and economic efficiency of the invention is determined by the fact that, thanks to it, it is possible to reduce the power dissipated on the shielding grid of the tetrode used as a key element in comparison with the prototype several times, therefore, it can either increase the life of the tetrode or significantly increase the output power of the radio transmitters from Highly efficient PWM modulators. (56) Foreign radio transmitting devices. / Ed. G.A. Zeitlenka and A.E. Ryzhkov. M.: Radio and Communications, 1989, p. 26, fig. 2.12.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4953737 RU2007851C1 (en) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | Class d amplifier on tetrode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4953737 RU2007851C1 (en) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | Class d amplifier on tetrode |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2007851C1 true RU2007851C1 (en) | 1994-02-15 |
Family
ID=21583652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4953737 RU2007851C1 (en) | 1991-06-26 | 1991-06-26 | Class d amplifier on tetrode |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2007851C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2647647C2 (en) * | 2016-02-26 | 2018-03-16 | Андрей Анатольевич Савченко | Ultralinear push-pull lamp cascade with control on second net and method of its adjustment |
-
1991
- 1991-06-26 RU SU4953737 patent/RU2007851C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2647647C2 (en) * | 2016-02-26 | 2018-03-16 | Андрей Анатольевич Савченко | Ultralinear push-pull lamp cascade with control on second net and method of its adjustment |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0483094B1 (en) | A pulse-width modulated, linear audio-power amplifier | |
US7884667B2 (en) | Pulse area modulation and high-efficiency linear power amplifier system using the same | |
EP0703662A2 (en) | Power amplifier having multiple switched stages | |
KR101236690B1 (en) | An Amplifier Apparatus and Method | |
US20020075069A1 (en) | Class D audio speaker amplifier circuit with pseudo noise modulation | |
US8736367B2 (en) | Power amplifier with switching means and feedback circuit | |
KR100780589B1 (en) | Controlled self-oscillation modulator | |
US7161421B2 (en) | Volume control in class D amplifier using variable supply voltage | |
US6771121B2 (en) | Linearization of a PDM Class-D amplifier | |
RU2007851C1 (en) | Class d amplifier on tetrode | |
EP1588484B1 (en) | Pulse modulated power converter | |
RU2007850C1 (en) | Class d amplifier on tetrode | |
US20050122183A1 (en) | Pulse width modulator circuit having negative bias | |
Blocher et al. | Coding efficiency for different switched-mode RF transmitter architectures | |
US4605910A (en) | AM pulse duration modulator | |
KR100226227B1 (en) | Self-oscillation type delta modulation d-type audio amplifier | |
US4336615A (en) | Linear loading for PWM filter | |
US2711513A (en) | Modulating systems | |
US6922550B1 (en) | Communication device with efficient excitation of a resonant circuit | |
CS272229B2 (en) | Amplitude-modulated broadcasting transmitter | |
KR100215394B1 (en) | Triple negative feedback d-class audio amplifier | |
JP2004517541A (en) | Multiplexed input envelope restoration scheme for high efficiency linear power amplification | |
RU2007867C1 (en) | Amplitude-modulated signal radio transmitter | |
RU2007869C1 (en) | Transmitter having two-cycle modulation | |
RU2011275C1 (en) | Switch stabilizer |